專利名稱：用于化學(xué)機(jī)械拋光的水分散體和半導(dǎo)體設(shè)備的生產(chǎn)方法
發(fā)明
背景技術(shù)：
領(lǐng)域本發(fā)明涉及用于化學(xué)機(jī)械拋光的水分散體和使用這一水分散體制備半導(dǎo)體器件的生產(chǎn)方法，特別是涉及在具有低介電常數(shù)內(nèi)層絕緣體的半導(dǎo)體基片拋光處理中，在半導(dǎo)體器件生產(chǎn)中對帶有布線圖案的半導(dǎo)體基片例如晶片進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光(下文中可被稱作“CMP”)的處理過程中，特別是在兩步拋光法的第二步拋光處理步驟中或在三步拋光法的第二步拋光處理步驟中使用的化學(xué)機(jī)械拋光用的水分散體，以及使用這一水分散體制備半導(dǎo)體器件的生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
迄今為止，通過真空法如化學(xué)氣相沉積法(CVD)形成的氧化硅膜(SiO2膜)經(jīng)常被用作半導(dǎo)體設(shè)備或類似設(shè)備的內(nèi)層絕緣體。這種SiO2膜具有較高的介電常數(shù)。
另一方面，為改善超大規(guī)模集成電路的性能，近些年來，形成具有較低介電常數(shù)的內(nèi)層絕緣體受到人們的關(guān)注。為了獲得這種具有較低介電常數(shù)的內(nèi)層絕緣體，已經(jīng)發(fā)展了由聚合物組成的內(nèi)層絕緣體，這些聚合物是在氧氣、一氧化碳、二氧化碳、氮?dú)狻鍤?、水、臭氧、氨或類似物質(zhì)的存在下，通過等離子聚合含硅化合物如烷氧基硅烷、硅烷、烷基硅烷、芳基硅烷、硅氧烷或烷基硅氧烷形成的，并且還發(fā)展了由聚硅氧烷、聚硅氮烷、聚亞芳基醚、聚苯并噁唑，聚酰亞胺，倍半硅氧烷以及類似物質(zhì)組成的內(nèi)層絕緣體作為SiO2膜的替代物。
由于這些絕緣體比SiO2膜的機(jī)械強(qiáng)度低，軟而且脆，作為要拋光器件的半導(dǎo)體基片，在使用包含無機(jī)顆粒的化學(xué)機(jī)械拋光用的傳統(tǒng)水分散體時，會造成劃痕和剝離。另外，由于在一些情況下會有大量不同形狀的劃痕產(chǎn)生，產(chǎn)品的產(chǎn)量也是問題。
在用于形成波紋布線的化學(xué)機(jī)械拋光中，對由高硬度金屬如鉭組成的阻擋金屬膜很難高效拋光。另一方面，由于形成線路部分的銅膜較軟并容易拋光，一些情況下會在線路部分形成凹陷，不能獲得平整的拋光表面。特別是在低介電常數(shù)的多孔絕緣體中，由于絕緣體的過度拋光，一些情況下要形成好的波紋布線也許是不可能的。
雖然形成波紋布線的拋光法是多樣的，但通常優(yōu)先采用包括第一拋光處理步驟(其中主要是對銅膜進(jìn)行拋光)和第二拋光處理步驟(其中主要是對阻擋金屬膜進(jìn)行拋光)的兩步拋光處理。第一拋光處理步驟和第二拋光處理步驟的任一步都可以分成兩個或多個操作步驟進(jìn)行。在兩步拋光處理的第一個拋光處理步驟中，有兩種情況，一種情況是進(jìn)行拋光直到銅膜幾乎完全被去除另一種情況是當(dāng)通過拋光去除銅膜不完全時，對需拋光基片進(jìn)行第二步拋光處理。因此，在第二拋光處理步驟中，根據(jù)應(yīng)用于第一拋光處理步驟的拋光條件，可以采用水分散體的組成與第一拋光處理步驟中不同的拋光用水分散體。上述的在不同條件下進(jìn)行的拋光處理步驟中的每一個步驟一般都會采用適合于這種拋光處理步驟的拋光用水分散體，換句話說，拋光用水分散體的組成與其他的拋光處理步驟中的不同。因此，就有必要根據(jù)不同的拋光目的提供若干種用于拋光的水分散體。
另一方面，尚未提出任何一種能在由具有低機(jī)械強(qiáng)度和低介電常數(shù)的內(nèi)層絕緣體形成的器件拋光表面上阻止劃痕產(chǎn)生的化學(xué)機(jī)械拋光用的水分散體。
發(fā)明簡介本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，它的第一個目的是提供一種化學(xué)機(jī)械拋光用的水分散體，采用這種水分散體可以大大防止拋光表面出現(xiàn)劃痕，甚至在對由具有低機(jī)械強(qiáng)度和低介電常數(shù)的內(nèi)層絕緣體的半導(dǎo)體基片組成的待拋光器件進(jìn)行拋光處理的時候，也是如此，雖然基本成分相同，但在很大程度上可以自由地且很容易地控制銅膜去除速率與阻擋金屬膜去除速率的比率，進(jìn)而可以高效拋光銅膜和阻擋金屬膜，在不過度拋光絕緣體的情況下，就可以獲得具有高精確度且足夠平整的精加工表面。
本發(fā)明的第二個目的是提供一種半導(dǎo)體設(shè)備的生產(chǎn)方法，該方法包括使用上述化學(xué)機(jī)械拋光用的水分散體的拋光處理步驟。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種包含磨料顆粒的化學(xué)機(jī)械拋光用的水分散體，其中磨料顆粒包括(A)由選自于無機(jī)顆粒和有機(jī)顆粒中的至少一種組成的簡單顆粒，和(B)復(fù)合顆粒。
在本發(fā)明的用于化學(xué)機(jī)械拋光的水分散體中，組成磨料顆粒的簡單顆粒(A)優(yōu)選由無機(jī)顆粒組成，復(fù)合顆粒(B)優(yōu)選由通過有機(jī)顆粒與無機(jī)顆粒整體結(jié)合而得到的無機(jī)有機(jī)復(fù)合顆粒組成。
在本發(fā)明的用于化學(xué)機(jī)械拋光的水分散體中，所有磨料顆粒的總含量優(yōu)選為0.11-20質(zhì)量％，簡單顆粒(A)的含量為0.1-19.99質(zhì)量％，復(fù)合顆粒(B)的含量為0.01-19.9質(zhì)量％。
在本發(fā)明的用于化學(xué)機(jī)械拋光的水分散體中，在銅膜和阻擋金屬膜在同樣條件下進(jìn)行拋光的情況下，由阻擋金屬膜的去除速率(RBM)與銅膜的去除速率(RCu)的比值表示的特定去除速率比值(RBM)/RCu)可以是0.5-200。
在本發(fā)明的用于化學(xué)機(jī)械拋光的水分散體中，特定去除速率比值(RBM/RCu)可以控制為10-200。在本發(fā)明的用于化學(xué)機(jī)械拋光的水分散體中，特定去除速率比值(RBM/RCu)也可以控制為0.5-3。
根據(jù)本發(fā)明，還提供了一種半導(dǎo)體設(shè)備的生產(chǎn)方法，該方法包括使用上述化學(xué)機(jī)械拋光用的水分散體對半導(dǎo)體材料的待拋光表面進(jìn)行拋光的步驟。
根據(jù)本發(fā)明，進(jìn)一步提供了一種半導(dǎo)體器件的生產(chǎn)方法，包括主要對半導(dǎo)體材料的待拋光表面的銅膜進(jìn)行拋光的第一步拋光處理步驟和在第一步拋光處理步驟之后進(jìn)行的主要采用化學(xué)機(jī)械拋光用的特定去除速率(RBM/RCu)為10-200或0.5-3的水分散體對阻擋金屬膜進(jìn)行拋光的第二步拋光處理步驟。
由于采用本發(fā)明的用于化學(xué)機(jī)械拋光的水分散體，大大防止了在拋光表面出現(xiàn)的劃痕，甚至對由具有低機(jī)械強(qiáng)度和低介電常數(shù)內(nèi)層絕緣體的半導(dǎo)體基片組成的待拋光器件進(jìn)行拋光處理的時候，也是如此，在很大程度上可以自由地且很容易地控制銅膜去除速率與阻擋金屬膜去除速率的比率，進(jìn)而可以高效拋光銅膜和阻擋金屬膜，在不過度拋光絕緣體的情況下，就可以獲得具有高精確度且足夠平整的精加工表面。
根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的生產(chǎn)方法，大大防止了在拋光處理中拋光表面出現(xiàn)的劃痕，甚至對具有低機(jī)械強(qiáng)度和低介電常數(shù)內(nèi)層絕緣體的半導(dǎo)體基片的拋光處理，也是如此，從而可以高效拋光銅膜和阻擋金屬膜，在不過度拋光絕緣體的情況下，就可以獲得具有高精確度且足夠平整的精加工表面。
優(yōu)選實(shí)施方式的具體描述下面將具體描述本發(fā)明用于化學(xué)機(jī)械拋光的水分散體。
用于化學(xué)機(jī)械拋光的水分散體(下文中也被稱作是拋光漿料)是一種包含分散于水介質(zhì)中的磨料顆粒的漿料。磨料顆粒包含下面兩種成分(A)由選自于無機(jī)顆粒和有機(jī)顆粒中的至少一種組成的簡單顆粒，和(B)復(fù)合顆粒。
下文將描述磨料顆粒的每一種成分。
(A)簡單顆粒本發(fā)明的拋光漿料包含作為磨料顆粒成分的由選自于無機(jī)顆粒和有機(jī)顆粒中的至少一種組成的簡單顆粒，簡單顆粒優(yōu)選由無機(jī)顆粒組成。
用作簡單顆粒的無機(jī)顆粒的實(shí)例可以是二氧化硅，氧化鋁，二氧化鈰，二氧化鈦，氧化鋯，碳化硅，氮化硅，氧化錳等的顆粒。其中，二氧化硅顆粒是優(yōu)選的。
二氧化硅顆粒的具體例子包括通過熱解法使氯化硅或類似物質(zhì)與氧氣和氫氣在氣相中發(fā)生反應(yīng)合成的熱解法二氧化硅，通過金屬醇鹽水解和縮合的溶膠-凝膠法合成的膠體二氧化硅，以及通過純化去除雜質(zhì)的無機(jī)膠體法合成的膠體二氧化硅。
當(dāng)其顆粒的直徑較小時，通過溶膠-凝膠法或通過膠體法合成的膠體二氧化硅以一種一級顆粒已經(jīng)聚結(jié)或團(tuán)聚的狀態(tài)，即二級顆粒的狀態(tài)存在于水介質(zhì)中。以這種狀態(tài)存在的無機(jī)顆粒，其一級顆粒的平均直徑優(yōu)選為1-3000nm，更優(yōu)選為2-1000nm。
二級顆粒的平均直徑優(yōu)選為5-5000nm，更優(yōu)選為5-3000nm，特別優(yōu)選為10-1000nm。如果使用二級顆粒平均直徑小于5nm的無機(jī)顆粒，那么在一些情況下，得到的拋光漿料不能取得足夠高的去除速率。另一方面，在使用無機(jī)顆粒的拋光漿料中，如果二級顆粒的平均直徑超過了5000nm，那么在一些情況下，不能有效阻止凹陷和腐蝕的發(fā)生，從而表面缺陷如劃痕就容易生成。另外，拋光漿料的穩(wěn)定性也會降低。
一級顆粒的平均直徑可以通過測量預(yù)定顆粒的比表面積和通過觀察透射型電子顯微鏡等的方法計(jì)算出來。二級顆粒的平均顆粒直徑可以通過激光散射衍射測量儀等手段測量出來。
另一方面，無機(jī)顆粒例如通過熱解法合成的二氧化硅是以二級顆粒的形式生成的，它很難以一級顆粒的狀態(tài)分散在水介質(zhì)中，因此，這樣的顆粒以由一級顆粒的團(tuán)聚得到的二級顆粒的形式出現(xiàn)。因此，只要對二級顆粒加以定義，就足以確定由通過熱解法合成的二氧化硅組成的無機(jī)顆粒。
熱解法二氧化硅形式的無機(jī)顆粒的二級顆粒平均直徑優(yōu)選為10-10000nm，更優(yōu)選為20-7000nm，特別優(yōu)選為50-5000nm。通過使用熱解法二氧化硅形式的無機(jī)顆粒，并且其二級顆粒平均顆粒直徑在這一范圍之內(nèi)，就可以獲得具有高去除速率、能充分阻止凹陷和腐蝕并具有高穩(wěn)定性的拋光漿料。
本發(fā)明中用作簡單顆粒的有機(jī)顆粒的實(shí)例可以是分別由(1)聚苯乙烯和苯乙烯共聚物組成的聚合物顆粒，(2)(甲基)丙烯酸聚合物和(甲基)丙烯酸共聚物例如聚甲基丙烯酸甲酯組成的聚合物顆粒，(3)聚氯乙烯，聚縮醛，飽和聚酯，聚酰胺，聚酰亞胺，聚碳酸酯和苯氧基樹脂組成的聚合物顆粒，和(4)聚烯烴和烯烴共聚物如聚乙烯，聚丙烯，聚(1-丁烯)和聚(4-甲基-2-戊烯)和其他熱塑性樹脂組成的聚合物顆粒。
這些有機(jī)顆粒可以通過乳液聚合法，懸浮液聚合法，乳液分散液聚合法，研磨通過本體聚合法或類似方式獲得的樹脂，或其他方法獲得。在上述聚合方法中，有機(jī)顆粒也可以是由可交聯(lián)單體例如二乙烯基苯或乙二醇通過共聚作用獲得的具有交聯(lián)結(jié)構(gòu)的共聚物顆粒。
這些用作簡單顆粒的有機(jī)顆粒優(yōu)選從以下樹脂顆粒中選擇(1)聚苯乙烯和苯乙烯共聚物和(2)(甲基)丙烯酸聚合物和(甲基)丙烯酸共聚物例如上面提到的樹脂中的聚甲基丙烯酸甲酯，和具有交聯(lián)結(jié)構(gòu)的它們的共聚物。
幾乎所有上述這些有機(jī)顆粒都可以作為拋光漿料中的簡單顆粒。這些有機(jī)顆粒的平均粒徑優(yōu)選為10-5000nm，更優(yōu)選為15-3000nm，特別優(yōu)選為20-1000nm。通過使用平均粒徑在這一范圍內(nèi)的有機(jī)顆粒作為簡單顆粒，可以獲得具有高去除速率、能充分阻止凹陷和腐蝕并具有高穩(wěn)定性的拋光漿料。
(B)復(fù)合顆粒根據(jù)本發(fā)明，復(fù)合顆粒(B)與簡單顆粒(A)一起作為磨料顆粒存在于拋光漿料中。
在本發(fā)明中，復(fù)合顆粒的具體例子可以是通過有機(jī)顆粒與無機(jī)顆粒整體結(jié)合而獲得的無機(jī)有機(jī)復(fù)合顆粒，和通過將一種改性物質(zhì)結(jié)合到有機(jī)顆粒表面而獲得的改性顆粒。
由無機(jī)有機(jī)復(fù)合顆粒組成的復(fù)合顆粒是那些通過有機(jī)顆粒與無機(jī)顆粒在不易分離的程度上整體結(jié)合而獲得的。對這些有機(jī)顆粒和無機(jī)顆粒沒有特殊的限制。例如，與上述形成簡單顆粒相同的有機(jī)顆粒和無機(jī)顆粒都可以使用。
對這些復(fù)合顆粒的具體結(jié)構(gòu)沒有特別的限制。例如，優(yōu)選使用由聚合物顆粒組成的有機(jī)顆粒與無機(jī)顆粒通過合適的方法結(jié)合而獲得的復(fù)合顆粒。
更具體地說，ξ電位極性彼此不同的有機(jī)顆粒和無機(jī)顆粒通過靜電力相結(jié)合，例如在水介質(zhì)中形成的顆?？梢员挥米鲝?fù)合顆粒。
有機(jī)顆粒的ξ電位在整個pH值范圍內(nèi)或在非低pH值范圍的較寬pH值范圍內(nèi)常常是負(fù)的。特別是，由具有羧基，磺基，或類似基團(tuán)的聚合物組成的有機(jī)顆粒一定具有負(fù)的ξ電位，由具有氨基或類似基團(tuán)的聚合物組成的有機(jī)顆粒在特定的pH值范圍內(nèi)具有正的ξ電位。
另一方面，pH值對無機(jī)顆粒的ξ電位有很大的影響，一些無機(jī)顆粒有等電點(diǎn)，在特定pH值下，ξ電位為零。對這樣的無機(jī)顆粒，ξ電位的極性在等電點(diǎn)前后是相反的。
因此，將具體種類的有機(jī)顆粒與具體種類的無機(jī)顆粒結(jié)合，兩種顆粒在它們的ξ電位極性相反的pH值范圍內(nèi)相混合，由此，可以得到有機(jī)顆粒和無機(jī)顆粒通過靜電力整體相結(jié)合的無機(jī)有機(jī)復(fù)合顆粒。
甚至當(dāng)混合的有機(jī)顆粒與無機(jī)顆粒的ξ電位的極性在混合時相同的情況下，也可以通過混合后改變pH值的方法來創(chuàng)造二者ξ電位極性相反的環(huán)境，獲得有機(jī)顆粒與無機(jī)顆粒整體結(jié)合的無機(jī)有機(jī)復(fù)合顆粒。
在本發(fā)明中，復(fù)合顆粒可以是將合適的改性物質(zhì)結(jié)合到由例如聚合物顆粒組成的有機(jī)顆粒表面上而得到的改性有機(jī)顆粒。聚合物顆粒的實(shí)例可以是提到的聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯顆粒。結(jié)合了改性物質(zhì)的聚合物顆粒可以通過例如下面的方法獲得用于改性的反應(yīng)物質(zhì)，例如烷氧基硅烷，鋁醇鹽或鈦醇鹽在聚合物顆粒的存在下發(fā)生縮聚反應(yīng)，在聚合物顆粒的表面上形成改性物質(zhì)。
當(dāng)改性物質(zhì)是烷氧基硅烷時，可以得到聚合物表面上結(jié)合有聚硅氧烷的改性有機(jī)顆粒。當(dāng)改性物質(zhì)是鋁醇鹽或鈦醇鹽時，可以得到聚合物表面上通過硅氧烷鍵結(jié)合有鋁原子或鈦原子的改性有機(jī)顆粒。在上述方法中，聚合物顆粒的表面可以先用硅烷偶合劑或類似物質(zhì)進(jìn)行處理。
在本發(fā)明中，復(fù)合顆粒也可以是通過將無機(jī)顆粒如二氧化硅顆?；蜓趸X顆粒結(jié)合到由合適的聚合物顆粒組成的有機(jī)顆粒表面上而獲得的無機(jī)有機(jī)復(fù)合顆粒。在這種情況下，無機(jī)顆?？梢允峭ㄟ^結(jié)合成分如硅氧烷經(jīng)物理支撐結(jié)合在聚合物顆粒的表面上，或者通過功能團(tuán)例如羥基化學(xué)結(jié)合在聚合物顆粒的表面上。
靠靜電力通過上述整體結(jié)合而獲得的無機(jī)有機(jī)復(fù)合顆粒在這些無機(jī)有機(jī)復(fù)合顆粒已經(jīng)存在的情況下，通過例如烷氧基硅烷，鋁醇鹽，鈦醇鹽或類似物質(zhì)的縮聚反應(yīng)被改性物質(zhì)改性的那些顆粒也可用作復(fù)合顆粒。
當(dāng)復(fù)合顆粒由無機(jī)有機(jī)顆粒組成時，這些復(fù)合顆粒根據(jù)形成復(fù)合顆粒的每種無機(jī)顆粒和有機(jī)顆粒的粒徑和分別的成分比例，以下面三種狀態(tài)1至3的任一種形式存在，或者以這些狀態(tài)的混合形式存在。
狀態(tài)1無機(jī)顆粒作為殼顆粒粘附在由有機(jī)顆粒組成的芯顆粒的表面上。
狀態(tài)2有機(jī)顆粒作為殼顆粒粘附在由無機(jī)顆粒組成的芯顆粒的表面上。
狀態(tài)3有機(jī)顆粒和無機(jī)顆粒彼此聚集在一起，沒有形成清晰的芯-殼結(jié)構(gòu)。
上述狀態(tài)中，狀態(tài)1或2是優(yōu)選的。
狀態(tài)1-3的每一個狀態(tài)，無機(jī)顆?？梢允且患夘w粒和二級顆粒中的任意一種狀態(tài)，也可以是二種顆粒的混合狀態(tài)。
至于形成無機(jī)有機(jī)復(fù)合顆粒的無機(jī)顆粒和有機(jī)顆粒的成分比例，按100重量份有機(jī)顆粒計(jì)，無機(jī)顆粒的比例優(yōu)選為1-2000重量份，更優(yōu)選為10-1000重量份。
在本發(fā)明中，復(fù)合顆粒的平均直徑優(yōu)選為20-20000nm，更優(yōu)選為50-10000nm，特別優(yōu)選為50-5000nm。
通過獲得滿足上述條件的復(fù)合顆粒，可以得到具有高去除速率、能充分阻止凹陷和腐蝕并具有高穩(wěn)定性的拋光漿料。
在本發(fā)明的拋光漿料中，獲得的磨料顆粒的比例是由選自無機(jī)顆粒和有機(jī)顆粒中至少一種組成的簡單顆粒(A)和復(fù)合顆粒(B)的總含量在100質(zhì)量％拋光漿料中為0.11-20質(zhì)量％。
如果磨料顆粒的比例低于0.11質(zhì)量％，得到的拋光漿料不具有充分的去除速率。另一方面，如果包含的比例高于20質(zhì)量％，得到的拋光漿料成本較高并在一些情況下會降低貯存穩(wěn)定性。
由選自無機(jī)顆粒和有機(jī)顆粒中至少一種組成的簡單顆粒(A)的含量在100質(zhì)量％拋光漿料中，優(yōu)選為0.1-19.99質(zhì)量％，更優(yōu)選為0.1-10質(zhì)量％，特別優(yōu)選為0.5-10質(zhì)量％。
復(fù)合顆粒(B)的含量在100質(zhì)量％拋光漿料中，優(yōu)選為0.01-19.9質(zhì)量％，更優(yōu)選為0.01-10質(zhì)量％，特別優(yōu)選為0.01-5質(zhì)量％。
由選自無機(jī)顆粒和有機(jī)顆粒中至少一種組成的簡單顆粒(A)與復(fù)合顆粒(B)的相對質(zhì)量比優(yōu)選為1∶10-10∶1，更優(yōu)選為1∶10-5∶1，特別優(yōu)選為1∶5-5∶1。
當(dāng)包含的磨料顆粒的比例落在上述范圍內(nèi)時，即使待拋光表面具有脆性均內(nèi)層絕緣層，也可以得到能有效防止表面缺陷如劃痕產(chǎn)生，并具有高去除速率的拋光漿料。
在本發(fā)明的拋光漿料中，使用該拋光漿料拋光阻擋金屬膜獲得的阻擋金屬膜的去除速率(RBM)與同阻擋金屬膜條件相同的情況下拋光銅膜的銅膜去除速率(RCu)的比值(RBM/RCu)(下文中也稱作特定去除速率)等于0.5-200。
上述“銅膜”除了純銅組成的銅膜外，包括銅含量至少達(dá)到95質(zhì)量％的銅合金，例如銅-硅和銅-鋁合金。
“阻擋金屬膜”由具有高硬度的金屬，例如鉭或鈦及其氮化物或氧化物或類似的物質(zhì)形成。形成阻擋金屬膜的金屬不限于純金屬，也可以是合金，例如，鉭-鈮。當(dāng)阻擋金屬膜由氮化物形成的時候，氮化鉭，氮化鈦或類似的物質(zhì)也沒有必要是純物質(zhì)。這種阻擋金屬膜的物質(zhì)特別優(yōu)選是鉭和/或氮化鉭。
阻擋金屬膜通常僅由一種物質(zhì)形成，例如鉭或鈦。但是，在一些情況下，可以在相同的基片上形成不同物質(zhì)的膜，例如鉭膜和氮化鉭膜作為阻擋金屬膜。
涉及特定去除速率的“相同條件”是指使用一種特殊型號的拋光設(shè)備，和壓盤和磁頭的旋轉(zhuǎn)速度，拋光壓力，拋光時間，所用的拋光墊的種類，每單位時間的拋光漿料的進(jìn)料速度都是相同的。特定去除速率可以通過在“相同條件”下分別拋光后得到的銅膜去除速率和阻擋金屬膜去除速率計(jì)算出來。這些膜的拋光可以通過使用分別涂有銅膜和阻擋金屬膜的晶片來進(jìn)行。
在本發(fā)明的拋光漿料中，特定去除速率比(RBM/RCu)可以任選地控制在0.5-200范圍內(nèi)。為控制特定去除速率比(RBM/RCu)，本發(fā)明的拋光漿料可以包含雜環(huán)化合物。
這類雜環(huán)化合物的實(shí)例可以是喹啉羧酸，中氮茚，包含5元雜環(huán)的化合物和包含6元雜環(huán)的化合物。
喹啉羧酸的例子可以是2-喹啉羧酸(喹哪啶酸)和2，3-吡啶二羧酸(喹啉酸)。
中氮茚的例子可以是7-羥基-5-甲基-1，3，4-三氮雜中氮茚。
包含5元雜環(huán)化合物的例子可以是苯并三唑，例如1，2，3-苯并三唑，1-(N，N-雙(2-乙基己基)氨基甲基)-苯并三唑，羧基苯并三唑，1-(2’，3’-二羥基丙基)苯并三唑，1-(2’，3’-二羧基乙基)苯并三唑和1-(2-乙基己基氨基甲基)苯并三唑；苯并噻唑，例如2-氨基苯并噻唑，2-氨基-6-甲基苯并噻唑和2-巰基苯并噻唑；三唑，例如4-氨基-1，2，4-三唑，4-氨基-3-肼基-5-巰基-1，2，4-三唑，3-巰基-1，2，4-三唑和3-巰基-4-甲基-4H-1，2，4-三唑；四唑，例如5-氨基-1H-四唑，1-苯基-5-巰基-1H-四唑，1H-四唑，1H-四唑-1-乙酸和1-(2-二甲基氨基乙基)-5-巰基四唑；和2-巰基噻唑啉，4，5-二氰基咪唑，2-氨基-4，5-二氰基-1H-咪唑和3H-1，2，3三唑[4，5-b]吡啶-3-醇。
包含6元雜環(huán)的化合物的例子可以是三嗪例如，3-氨基-5，6-二甲基-1，2，4-三嗪，2，4-二氨基-6-二烯丙基氨基-1，3，5-三嗪3-氨基-5，6-二甲基-1，2，4-三嗪；和苯胍胺，硫氰尿酸，蜜胺，酞嗪和2，3-二氰基-5-甲基吡嗪。
包含5元雜環(huán)和6元雜環(huán)的化合物的衍生物也可作為雜環(huán)化合物。這些衍生物可以是腺嘌呤和鳥嘌呤。
這一雜環(huán)化合物的含量按100質(zhì)量％拋光漿料計(jì)可以被控制在0.0001-5質(zhì)量％，優(yōu)選為0.001-1質(zhì)量％，更優(yōu)選為0.01-0.5質(zhì)量％。如果雜環(huán)化合物的含量小于0.0001質(zhì)量％，那么銅膜和/或阻擋金屬膜的去除速率不能足夠大。特別是，當(dāng)使用這種拋光漿料拋光阻擋金屬膜時，需要花費(fèi)很長的拋光時間。另一方面，沒有必要使這種雜環(huán)化合物的含量超過5質(zhì)量％。
如上所述，本發(fā)明的拋光漿料的特定去除速率比(RBM/RCu)可以自由地控制在0.5-200范圍內(nèi)。
因此，在銅膜的化學(xué)機(jī)械拋光步驟中，特別是通過所謂的2步拋光法或3步拋光法進(jìn)行的步驟中，本發(fā)明的拋光漿料作為第二或第三拋光處理的水分散體是很有用的。
在2步拋光法中，進(jìn)行的第一步拋光處理步驟是通過拋光除去基片上形成的布線凹槽中充滿的銅以外的其他銅物質(zhì)，第二步拋光處理步驟是對因第一拋光處理步驟而暴露的阻擋金屬膜進(jìn)行拋光，從而形成布線。在3步拋光法中，經(jīng)過上述的2步拋光后，根據(jù)需要對經(jīng)第二拋光處理步驟拋光除去阻擋金屬膜后而暴露的絕緣體進(jìn)行第三拋光處理步驟。
更具體地說，2步拋光法是包括主要拋光銅膜的第一拋光處理步驟和主要拋光阻擋金屬膜的第二拋光處理步驟的兩步拋光法。兩個拋光處理步驟可以相互獨(dú)立的進(jìn)行，兩個步驟間不需要保持時間連續(xù)性和拋光設(shè)備之間的連續(xù)性。
第一拋光處理步驟和第二拋光處理步驟可以通過在相同的拋光設(shè)備中連續(xù)改變和加入拋光漿料連續(xù)的進(jìn)行。在相同的拋光設(shè)備中，待拋光器件的半導(dǎo)體基片也可以在第一拋光處理步驟結(jié)束后取出，在替換拋光漿料后再進(jìn)行第二拋光處理步驟。
第一拋光處理步驟和第二拋光處理步驟也可以在分開的設(shè)備中進(jìn)行?？梢杂脙?nèi)部有幾個拋光墊的拋光設(shè)備中的一個拋光墊進(jìn)行第一拋光處理步驟，再用另一個拋光墊進(jìn)行第二拋光處理步驟，因此，可以連續(xù)地采用第一拋光處理步驟和第二拋光處理步驟對待拋光器件進(jìn)行拋光。
第一拋光處理步驟和第二拋光處理步驟中的任意一個都可以分成兩個或多個的操作步驟來完成。
例如，在上述的2步拋光處理法或3步拋光處理法中的第一拋光處理步驟中，優(yōu)選使用特定去除速率比(RBM/RCu)至多為0.1的拋光漿料。
作為在第一拋光處理步驟中使用的用于化學(xué)機(jī)械拋光的水分散體，可以具體使用包含磨料顆粒，氧化劑和有機(jī)酸并根據(jù)需要包含表面活性劑或類似地的物質(zhì)的拋光漿料。
例如，由無機(jī)顆粒和有機(jī)顆粒中的至少一種組成的顆粒可以用作磨料顆粒。按100質(zhì)量％拋光漿料計(jì)，其比例為0.01-10質(zhì)量％，優(yōu)選為0.01-5質(zhì)量％。
氧化劑可以是，例如，過硫酸鹽(銨鹽，鉀鹽或類似的物質(zhì))，雜多酸(例如，硅鉬酸，磷鉬酸，硅鎢酸，磷鎢酸或類似的物質(zhì))，高錳酸化合物(鉀鹽或類似的物質(zhì))，重鉻酸化合物(鉀鹽或類似的物質(zhì))或過氧化氫。按100質(zhì)量％拋光漿料計(jì)，其比例是0.01-10質(zhì)量％，優(yōu)選為0.05-5質(zhì)量％，特別優(yōu)選為0.1-3質(zhì)量％。
有機(jī)酸可以是，例如，喹啉酸，喹啉羧酸，富馬酸，鄰苯二甲酸，蘋果酸，酒石酸和檸檬酸中的一種或至少兩種。按100質(zhì)量％拋光漿料計(jì)，其比例是0.0001-7質(zhì)量％，優(yōu)選為0.001-5質(zhì)量％，特別優(yōu)選為0.01-1％。
本發(fā)明中拋光漿料的特定去除速率比(RBM/RCu)控制在10-200，優(yōu)選控制在15-200，更優(yōu)選控制在20-200的拋光漿料，特別適用于經(jīng)第一拋光處理步驟后幾乎完全除去銅膜的待拋光表面的第二拋光處理步驟，這是因?yàn)楫?dāng)采用拋光漿料時，阻擋金屬膜的去除速率高，銅膜去除速率低的緣故。
用于提供特定去除速率(RBM/RCu)為10-200的拋光漿料的雜環(huán)化合物優(yōu)選為上述雜環(huán)化合物中的苯并三唑。1，2，3-苯并三唑，羧基苯并三唑，1-(2’，3’-二羧基乙基)-苯并三唑和1-(2-乙基己基氨基甲基)苯并三唑是更優(yōu)選的，其中1，2，3-苯并三唑是特別優(yōu)選的。其含量的比例優(yōu)選為0.001-0.1質(zhì)量％，更優(yōu)選為0.005-0.05質(zhì)量％。
另一方面，本發(fā)明中拋光漿料的特定去除速率比(RBM/RCu)控制在0.5-3，優(yōu)選控制在0.7-2，更優(yōu)選控制在0.8-1.5的拋光漿料，適用于第一拋光處理步驟中銅膜沒有完全拋光的待拋光器件的第二拋光處理步驟或3步拋光處理中的第二或第三拋光處理步驟，這是因?yàn)閷︺~膜和阻擋金屬膜都具有足夠的去除速率。
用于提供特定去除速率(RBM/RCu)為0.5-3的拋光漿料的雜環(huán)化合物優(yōu)選為上述雜環(huán)化合物中的喹啉羧酸和中氮茚。喹哪啶酸，喹啉酸和7-羥基-5-甲基-1，3，4-三氮雜中氮茚是更優(yōu)選的，其中喹哪啶酸和7-羥基-5-甲基-1，3，4-三氮雜中氮茚是特別優(yōu)選的。其含量比例優(yōu)選為0.001-5質(zhì)量％，更優(yōu)選為0.01-1質(zhì)量％。
如上所述，本發(fā)明的拋光漿料包含(A)由選自于無機(jī)顆粒和有機(jī)顆粒中至少一種組成的簡單顆粒和(B)復(fù)合顆粒作為磨料顆粒，還可以包含控制特定去除速率比(RBM/RCu)的合適雜環(huán)化合物。另外，本發(fā)明的拋光漿料還可以根據(jù)需要包含添加劑，例如氧化劑，表面活性劑和有機(jī)酸。
加入氧化劑是為了提高去除速率。氧化劑，例如可以是過硫酸鹽，過氧化氫，無機(jī)酸，有機(jī)過氧化物，多價金屬鹽或類似的物質(zhì)。
過硫酸鹽可以是過硫酸銨和過硫酸鉀。無機(jī)酸可以是硝酸和硫酸。有機(jī)過氧化物可以是過乙酸，過苯甲酸和叔丁基氫過氧化物。
多價金屬鹽可以是高錳酸化合物和重鉻酸化合物。高錳酸化合物可包括高錳酸鉀，重鉻酸化合物可包括重鉻酸鉀。
其中，過氧化氫，過硫酸鹽和無機(jī)酸是優(yōu)選的氧化劑。
按100質(zhì)量％拋光漿料計(jì)，包含的氧化劑的比例最多控制在10質(zhì)量％，優(yōu)選為0.01-10質(zhì)量％，更優(yōu)選是0.05-5質(zhì)量％，特別優(yōu)選是0.1-3質(zhì)量％。氧化劑的含量沒有必要超過10質(zhì)量％。
添加表面活性劑的目的是控制去除速率和減少劃痕，陽離子表面活性劑，陰離子表面活性劑和非離子表面活性劑中的任意一種都可以使用。特別優(yōu)選陰離子表面活性劑。
陰離子表面活性劑可以是羧酸鹽，磺酸鹽，硫酸鹽和磷酸鹽。
羧酸鹽的例子可以是脂肪酸皂和烷基醚羧酸鹽?；撬猁}的例子可以是烷基苯磺酸鹽，烷基萘磺酸鹽和α-烯烴磺酸鹽。硫酸鹽可以是高級醇硫酸鹽，烷基醚硫酸鹽和聚環(huán)氧乙烷烷基苯基醚硫酸鹽。磷酸鹽可以是烷基磷酸鹽。
這些陰離子表面活性劑中，優(yōu)選磺酸鹽，更優(yōu)選烷基苯磺酸鹽，十二烷基苯磺酸鉀是特別優(yōu)選的。
按100質(zhì)量％拋光漿料計(jì)，包含的表面活性劑的比例優(yōu)選控制在至多5質(zhì)量％，更優(yōu)選控制在至多1質(zhì)量％，特別優(yōu)選控制在至多0.5質(zhì)量％。如果這一含量超過了5質(zhì)量％，那么銅膜的去除速率會大大降低。因此，包含如此高比例的表面活性劑是不可取的。
在本發(fā)明中，加入有機(jī)酸的目的是為了提高去除速率。對此，多種有機(jī)酸，象一元酸，二元酸，羥基酸，羧酸都可以采用。例如，飽和酸，不飽和酸和芳香酸值得一提。
飽和酸的例子可以是甲酸，乙酸，丁酸，草酸，丙二酸，丁二酸，戊二酸，己二酸和羥基酸。不飽和酸的例子可以是馬來酸和富馬酸。芳香酸的例子可以是苯甲酸和鄰苯二甲酸。羥基酸的例子可以是乳酸，蘋果酸，酒石酸和檸檬酸。
在這些有機(jī)酸當(dāng)中，丙二酸，丁二酸，馬來酸，乳酸和檸檬酸是優(yōu)選的。
按100質(zhì)量％拋光漿料計(jì)，包含的有機(jī)酸的比例最多控制在10質(zhì)量％，優(yōu)選為0.01-10質(zhì)量％，更優(yōu)選是0.1-5質(zhì)量％，特別優(yōu)選是0.3-3質(zhì)量％。有機(jī)酸的含量沒有必要超過5質(zhì)量％。
本發(fā)明的拋光漿料通過將上述磨料顆粒，雜環(huán)化合物和添加劑分散或溶解到水介質(zhì)中而獲得。水介質(zhì)可以是水，水和醇的混合介質(zhì)和類似的物質(zhì)。醇可以是甲醇和乙醇。在這些介質(zhì)中，水是優(yōu)選的水介質(zhì)。
本發(fā)明的拋光漿料的pH值可以控制在2-12的適當(dāng)范圍內(nèi)。pH值為3-11是特別優(yōu)選的。當(dāng)pH值在這一范圍內(nèi)時，可以得到足夠的去除速率，即使對脆性的絕緣體進(jìn)行拋光，都可以防止表面出現(xiàn)缺陷如劃痕。
當(dāng)在2步拋光處理中的第一步拋光處理步驟將銅膜基本完全去除后待拋光器件的第二拋光處理步驟中使用拋光漿料時，特定去除速率比(RBM/RCu)控制在10-200的拋光漿料的pH值優(yōu)選為7-12，更優(yōu)選為8-11。當(dāng)pH值落在這一范圍內(nèi)時，可以得到足夠的阻擋金屬膜去除速率，即使對脆性的絕緣體進(jìn)行拋光，都可以防止表面出現(xiàn)缺陷如劃痕。
當(dāng)在2步拋光處理的第一步拋光處理步驟沒有將銅膜完全去除后的待拋光器件的第二步拋光處理步驟中，或者在3步拋光處理的第二或第三拋光處理步驟中使用拋光漿料時，特殊去除速率比(RBM/RCu)控制在0.5-3的拋光漿料的pH值優(yōu)選為5-10，更優(yōu)選為6-9。當(dāng)pH值落在這一范圍內(nèi)時，阻擋金屬膜和銅膜的去除速率都較高，即使對脆性的絕緣體進(jìn)行拋光，都可以防止表面出現(xiàn)缺陷如劃痕。
pH的調(diào)整可以通過加入適量的上述無機(jī)酸或有機(jī)酸的方式來進(jìn)行。也可以加入適量的堿性物質(zhì)。
堿性物質(zhì)可以是堿金屬的氫氧化物和氨。堿金屬的氫氧化物可以是氫氧化鈉，氫氧化鉀，氫氧化銣或氫氧化銫。
為使用本發(fā)明的拋光漿料對半導(dǎo)體基片或類似物質(zhì)進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光處理，僅需采用商業(yè)市場銷售的化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備。例如，使用由EbaraCorporation生產(chǎn)的“EPO-112”或“EPO-222”，由Lap Master SFT Corp.生產(chǎn)的“LGP-510”或“LGP-552”型，由Applied Materials Inc.生產(chǎn)的“Mirra”或類似的設(shè)備，在上述條件下進(jìn)行拋光處理。
拋光處理完成之后，留在拋光表面上的磨料顆粒最好去除。磨料顆粒的去除可以通過普通的清洗方法來進(jìn)行。例如在刷洗之后使用包含重量比約為1∶1∶5的氨，過氧化氫和水的堿性清洗液進(jìn)行清洗，從而可去除粘附在拋光表面上的磨料顆粒。
為去除吸附在拋光表面上的金屬類雜質(zhì)，可以使用例如檸檬酸水溶液，氫氟酸和檸檬酸的混合水溶液或氫氟酸和乙二胺四乙酸(EDTA)的混合水溶液的清洗液進(jìn)行清洗。
拋光表面也可以在氧氣的存在下加熱至高溫，從而燃燒和去除拋光表面上的有機(jī)顆粒。具體的燃燒方法的例子可以是促使氧等離子體起作用而產(chǎn)生的灰燼處理，或通過提供向下流動的氧基團(tuán)用等離子體進(jìn)行的灰燼處理。用這種方洗可以容易地去除拋光表面上殘留的有機(jī)顆粒。
根據(jù)本發(fā)明，涂有銅膜和阻擋金屬膜并且還帶有內(nèi)層絕緣體，例如低介電常數(shù)的內(nèi)層絕緣體的半導(dǎo)體基片作為待拋光器件，使用化學(xué)機(jī)械拋光用的水分散體對預(yù)期的待拋光表面進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光，從而產(chǎn)生了半導(dǎo)體設(shè)備生產(chǎn)過程。
作為待拋光器件的半導(dǎo)體基片上的銅膜可以不僅限于由純銅組成，也可以由含銅量至少95質(zhì)量％的銅合金組成，例如銅-硅或銅-鋁合金。
阻擋金屬膜由高硬度的金屬，例如鉭或鈦及其氮化物或氧化物或類似的物質(zhì)形成。形成阻擋金屬膜的金屬不僅限于純金屬，也可以是合金，例如，鉭-鈮合金。當(dāng)阻擋金屬膜由氮化物形成的時候，氮化鉭，氮化鈦或類似的物質(zhì)也不必是純物質(zhì)。這種阻擋金屬膜的材料特別優(yōu)選為鉭和/或氮化鉭。
阻擋金屬膜通常僅由選自于鉭或鈦等中的一種形成。但是不同材料的膜，例如鉭膜和氮化鉭膜也可以作為阻擋金屬膜在同一塊基片上形成。
內(nèi)層絕緣體的例子可以是SiO2膜，在SiO2中加入少量硼和磷的硅酸磷硼膜(BPSG膜)，在SiO2中摻入氟的叫做FSG(摻氟的硅酸鹽玻璃)的絕緣體和低介電常數(shù)的氧化硅絕緣體。
氧化硅的例子可以是熱氧化物膜，PETEOS膜(等離子體增強(qiáng)的TEOS膜)，HDP膜(高密度等離子體增強(qiáng)的TEOS膜)和通過熱CVD法獲得的氧化硅膜。
熱氧化物膜可通過將硅加熱到氧化氣氛的高溫使硅與氧氣和水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而制得。PETEOS膜可以通過以原硅酸四乙酯(TEOS)為原料，使用等離子體作為加速條件的化學(xué)氣相外延法來獲得。HDP膜可以通過以原硅酸四乙酯(TEOS)為原料，使用高密度等離子體作為加速條件的化學(xué)氣相外延法來獲得。
通過熱CVD法獲得的氧化硅膜可以通過常壓CVD法(AP-CVD法)或低壓CVD法(LP-CVD法)得到。硅酸磷硼膜(BPSG膜)可以通過常壓CVD法(AP-CVD法)或低壓CVD法(LP-CVD法)得到。叫做FSG(摻氟的硅酸鹽玻璃)的絕緣體可以通過使用高密度等離子體作為加速條件的化學(xué)氣相外延法來獲得。
低介電常數(shù)的氧化硅絕緣體可以通過例如，旋涂法將原料涂覆于基片上，然后在氧化氣氛中加熱的方式來獲得。以這種方式獲得的低介電常數(shù)的氧化硅絕緣體的例子可以是使用三乙氧基硅烷作為原料的HSQ膜(氫倍半硅氧烷膜)，使用四乙氧基硅烷和少量甲基三甲氧基硅烷作為原料的MSQ膜(甲基倍半硅氧烷膜)，使用其他硅烷化合物作為原料的低介電常數(shù)的絕緣體。通過將適當(dāng)?shù)挠袡C(jī)聚合物顆粒與原料混合，并使用混合物在加熱步驟中燒掉聚合物形成空隙，從而獲得的介電常數(shù)更低的絕緣體也可以作為低介電常數(shù)絕緣體使用。使用有機(jī)聚合物例如聚亞芳基聚合物，聚丙炔醚(polyallylene ether)聚合物，聚酰亞胺聚合物或苯并環(huán)丁烯聚合物作為原料的低介電常數(shù)的絕緣體也是可以的。
實(shí)施例下面通過實(shí)施例更詳細(xì)地描述本發(fā)明。如果沒有特殊注明，下面例子中出現(xiàn)的“份”或“份數(shù)”均是指質(zhì)量份數(shù)。
(1)包含無機(jī)顆粒的水分散體DA1的制備(1-1)包含熱解法二氧化硅顆粒A1的水分散體DA1的制備質(zhì)量為2kg的熱解法二氧化硅顆粒(Nippon Aerosil Co.，Ltd.的產(chǎn)品；商標(biāo)名為“Aerosil#90”；平均一級顆粒直徑為20nm)通過超聲分散器的方式分散到6.7kg離子交換水中，分散體通過孔徑為5μm的過濾器過濾，制得包含熱解法二氧化硅顆粒A1的水分散體DA1。水分散體DA1中二氧化硅顆粒的平均二級顆粒直徑為220nm。
(1-2)包含膠體二氧化硅顆粒A2的水分散體DA2的制備在旋轉(zhuǎn)型分散器中加入70份濃度為25質(zhì)量％的氨水，40份離子交換水，35份乙醇和15份四乙氧基硅烷，混合物在180rpm攪拌條件下加熱到60℃。在這一溫度下持續(xù)攪拌混合物2小時后，冷卻獲得一種膠體二氧化硅顆粒的乙醇分散體。經(jīng)蒸發(fā)器蒸發(fā)除去乙醇，同時在80℃下加入離子交換水，重復(fù)多次去除分散體中包含的乙醇，從而制備了包含固體濃度為8質(zhì)量％膠體二氧化硅顆粒A2的水分散體DA2。水分散體DA2中膠體二氧化硅顆粒A2的平均一級顆粒直徑為30nm，平均二級顆粒直徑為45nm。
(2)包含復(fù)合顆粒B的水分?jǐn)?shù)體的制備(2-1)包含有機(jī)顆粒的水分散體Db1的制備向燒瓶中加入90份甲基丙烯酸甲酯，5份甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯(Shin-Nakamura Chemical Co.，Ltd.的產(chǎn)品，商標(biāo)名為“NK Ester M-90G”，#400)，5份4-乙烯基吡啶，2份偶氮型聚合反應(yīng)引發(fā)劑(Wako Pure ChemicalIndustries，Ltd.的產(chǎn)品，商標(biāo)名為“V50”)和400份離子交換水，混合物在氮?dú)鈼l件下攪拌并加熱到70℃進(jìn)行聚合反應(yīng)6小時，從而獲得包含由聚甲基丙烯酸甲酯組成的平均直徑為150nm的有機(jī)顆粒的水分散體，其中聚甲基丙烯酸甲酯具有氨基陽離子和聚乙二醇鏈作為官能團(tuán)。用水稀釋這一水分散體，從而獲得有機(jī)顆粒含量調(diào)整為10質(zhì)量％的水分散體。聚合反應(yīng)的產(chǎn)率為95％。
向燒瓶中加入100份上述得到的有機(jī)顆粒比例為10質(zhì)量％的水分散體，1份甲基三甲氧基硅烷，混合物在40℃下攪拌加熱2小時，然后加入硝酸調(diào)節(jié)pH值到2，從而獲得水分散體Db1。包含于水分散體Db1中的有機(jī)顆粒的ξ電位是+17mV。
(2-2)包含無機(jī)顆粒的水分散體Db2的制備將膠體二氧化硅分散體(Nissan Chemical Industries，Ltd.的產(chǎn)品，商標(biāo)名為“Snowtex O”，平均一級顆粒直徑為12nm)分散于水中，向分散體中加入氫氧化鉀水溶液以調(diào)節(jié)分散體的pH值，由此獲得了pH值為8，包含10質(zhì)量％由膠體二氧化硅組成的無機(jī)顆粒的水分散體Db2。水分散體Db2中的二氧化硅顆粒的ξ電位為-40mV。
(2-3)復(fù)合顆粒B的制備攪拌100份水分散體Db1的同時，在2小時內(nèi)逐漸加入50份水分散體Db2，得到的混合物再攪拌2小時，獲得了包含復(fù)合顆粒B的水分散體Db，復(fù)合顆粒B由二氧化硅無機(jī)顆粒結(jié)合到由聚甲基丙烯酸甲酯聚合物組成的有機(jī)顆粒表面上而得到。在水分散體Db中加入2份乙烯基三乙氧基硅烷，攪拌混合物1小時。再加入1份四乙氧基硅烷，加熱混合物到60℃，并連續(xù)攪拌3小時，然后冷卻，從而獲得包含比例為10質(zhì)量％，平均顆粒直徑為180nm的復(fù)合顆粒B的水分散體DB。復(fù)合顆粒B是二氧化硅顆粒粘附到聚甲基丙烯酸甲酯聚合物顆粒外表面上并覆蓋其80％面積的顆粒。
(3)低介電常數(shù)絕緣體的生產(chǎn)(3-1)聚硅氧烷溶膠的制備由101.5g甲基三甲氧基硅烷，276.8g甲氧基丙酸甲酯和9.7g四異丙氧基鈦/乙酰乙酸乙酯絡(luò)合物組成的混合溶液加熱到60℃，在1小時內(nèi)向混合溶液中逐滴加入92.2g的γ-丁內(nèi)酯和20.1g水的混合物。滴加完成后，反應(yīng)在60℃下進(jìn)行1小時獲得聚硅氧烷溶膠。
(3-2)聚苯乙烯顆粒的制備向燒瓶中裝入100份苯乙烯，2份偶氮型聚合反應(yīng)引發(fā)劑(Wako PureChemicals Industries，Ltd.的產(chǎn)品，商標(biāo)名為“V60”)，0.5份十二烷基苯磺酸鉀和400份離子交換水，混合物在氮?dú)鈼l件下攪拌加熱到70℃進(jìn)行聚合反應(yīng)6小時，獲得平均顆粒直徑為150nm的聚苯乙烯顆粒。
(3-3)低介電常數(shù)絕緣體的生產(chǎn)將15克步驟(3-1)中制得的聚硅氧烷溶膠與步驟(3-2)中制得的聚苯乙烯顆?；旌希玫降幕旌衔锿ㄟ^旋涂法涂覆在8英寸直徑的熱氧化物膜覆蓋的硅基片上，從而形成涂層膜。然后在烤箱中在80℃下加熱基片5分鐘，在200℃下加熱5分鐘。然后基片在減壓條件下在340℃下加熱30分鐘，在360℃下加熱30分鐘，在380℃下加熱30分鐘，再在450℃下加熱1小時，從而獲得厚度為2000的無色透明膜。
在掃描電鏡下觀察這個膜的斷面。結(jié)果可以斷定有大量細(xì)空隙形成。相對介電常數(shù)，彈性模量和空隙率分別是1.98，3GPa和15％。
實(shí)施例1[拋光漿料的制備]
向聚乙烯瓶中加入固體含量為2質(zhì)量份的步驟(1-1)中制備的包含熱解法二氧化硅顆粒的水分散體A1和固體含量為0.5質(zhì)量份的步驟(2)中制備的包含復(fù)合顆粒的水分散體B，再連續(xù)加入0.02質(zhì)量份的1，2，3-苯并三唑(BTA)，1質(zhì)量份的馬來酸，0.05質(zhì)量份的十二烷基苯磺酸鉀(PDBS)和1質(zhì)量份的過氧化氫，得到的混合物攪拌15分鐘。加入氫氧化鉀調(diào)節(jié)混合物的pH值到9，加入離子交換水以使所有成分的總質(zhì)量份數(shù)為100質(zhì)量份，由此調(diào)整過的混合物通過孔徑為5μm的過濾器過濾，從而獲得pH值為9.5的拋光漿料。這一漿料被稱作“漿料1”。
使用上面制備的漿料1，并將涂有不同種膜的晶片放置于化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備(CMP設(shè)備，型號“EP0112”，由Ebara Coporation生產(chǎn))上，通過由多孔聚氨酯制造的拋光墊(Rodel Nitta，Ltd.的產(chǎn)品，商標(biāo)名為“IC1000”)在下述條件下進(jìn)行拋光，以評估去除速率。
磁頭旋轉(zhuǎn)速度70rpm磁頭加載250g/cm2工作臺旋轉(zhuǎn)速度70rpm拋光漿料加料速度300ml/min用于評估的待拋光器件是下列晶片。
(1)評估銅膜去除速率的晶片樣品1在具有熱氧化物膜，直徑為8英寸的硅基片上形成厚度為15000的銅膜而獲得晶片。
(2)評估阻擋金屬膜去除速率的晶片樣品2在具有熱氧化物膜，直徑為8英寸的硅基片上形成厚度為1500的氮化鉭膜而獲得晶片。
(3)評估絕緣體去除速率的晶片樣品3在直徑為8英寸的硅基片上形成厚度為10000的等離子體TEOS膜而獲得晶片。
(4)評估低介電常數(shù)絕緣體的去除速率的晶片樣品4
在步驟(3-3)中生產(chǎn)的直徑為8英寸的覆蓋有熱氧化物膜的硅基片上形成厚度為2000的低介電常數(shù)絕緣體。
通過下面的方法測量拋光處理后的膜厚度以計(jì)算出去除速率。結(jié)果列在表1中。更具體地說，銅膜和氮化鉭膜的厚度通過導(dǎo)電型膜厚測量儀(由KLA-Tencor Co.生產(chǎn)，型號為“OMNIMAP RS75”)測量。TEOS膜和低介電常數(shù)絕緣體的厚度通過光干涉型膜測量儀(由SENTEC Co.生產(chǎn)，型號為“FPT500”)測量。
評價拋光處理后的劃痕數(shù)目和低介電常數(shù)絕緣體外圍部分的剝離。更具體地，在以同步驟(3-3)相同的方式在硅基片上形成低介電常數(shù)絕緣體之后，也按與上述條件相同的情況下拋光這個基片，經(jīng)過清洗和干燥后，可以通過肉眼和光學(xué)顯微鏡觀察到外圍部分的分離。
拋光表面的整個表面通過光學(xué)顯微鏡可以肉眼觀察到，并通過無圖案晶片表面灰塵顆粒觀察儀(由KLA-Tencor Co.生產(chǎn)，型號為“Surfscann SP1”)評價劃痕數(shù)目。
結(jié)果列在表1中。
實(shí)施例2-5和對比實(shí)施例1和2按與實(shí)施例1相同的方式評價六個拋光漿料“漿料2-漿料7”，只是這六個拋光漿料如表1所顯示，根據(jù)相應(yīng)的配方在制備過程中改變了磨料顆粒，其他的添加劑和pH值，并分別使用。結(jié)果列在表1中。
在表1中，雜環(huán)化合物欄中的“BTA”是指1，2，3-苯并三唑，“HMT”是指7-羥基-5-甲基-1，3，4-三氮雜中氮茚，表面活性劑欄中的“PDBS”是指十二烷基苯磺酸鉀。

從表1的結(jié)果可以看出，僅以無機(jī)顆粒作為磨料顆粒的對比實(shí)施例1和2的拋光漿料，雖然阻擋金屬膜的去除速率較高，但在低介電常數(shù)絕緣體表面上的劃痕數(shù)增加，并有部分出現(xiàn)剝離。
另一方面，可以看到，包含復(fù)合顆粒和無機(jī)顆粒的實(shí)施例1-5的拋光漿料具有較高的阻擋金屬膜去除速率，通過改變添加的雜環(huán)化合物的種類和含量可以任意地控制銅膜和阻擋金屬膜的去除速率比率，低介電常數(shù)絕緣體表面的劃痕也完全沒有產(chǎn)生或極少。
實(shí)施例6-10這些例子中，進(jìn)行2步拋光處理。
(1)拋光漿料8的制備按與實(shí)施例1相似的方法制備每100份拋光漿料中，包含1份熱解法二氧化硅，1份喹啉酸，0.7份草酸，0.05份十二烷基苯磺酸鉀和1份過氧化氫，并用氫氧化鉀調(diào)節(jié)pH至9的拋光漿料(拋光漿料8)。
(2)拋光漿料9的制備按與實(shí)施例1相似的方法制備每100份拋光漿料中，包含1份熱解法二氧化硅，0.5份喹啉酸，0.05份十二烷基苯磺酸鉀和1份過硫酸銨，并用氫氧化鉀調(diào)節(jié)pH至9.5的拋光漿料(拋光漿料9)。
帶有圖案的基片(831CMP001基片，International SEMATECH的產(chǎn)品)用作評價樣品，為了通過探針型階梯高度測量儀(由KLA-Tencor Co.生產(chǎn)的HRP240)測量線寬為100μm的銅制布線部分的凹陷尺寸和交替布線點(diǎn)的腐蝕情況，這一基片在下列條件下進(jìn)行拋光處理，其交替布線點(diǎn)上，4.5μm寬的銅制布線和0.5μm寬的絕緣體部分交替分布。
(1)第一拋光處理步驟使用與實(shí)施例1相同的拋光設(shè)備和拋光墊。在使用拋光漿料8處理時，在磁頭旋轉(zhuǎn)速度為100rpm，磁頭加載為105g/cm2，工作臺旋轉(zhuǎn)速度為100rpm，拋光漿料進(jìn)料速度為300ml/min，拋光時間為192秒的條件下進(jìn)行拋光處理。
線寬為100μm的銅制布線部分的凹陷是750，交替布線點(diǎn)的腐蝕是380。
在使用拋光漿料9處理時，在磁頭旋轉(zhuǎn)速度為100rpm，磁頭加載為250g/cm2，工作臺旋轉(zhuǎn)速度為100rpm，拋光漿料進(jìn)料速度為300ml/min，拋光時間為165秒的條件下進(jìn)行拋光處理。
線寬為100μm的銅制布線部分的凹陷是300，交替布線點(diǎn)的腐蝕是390。
(2)第二拋光處理步驟使用與實(shí)施例1相同的拋光設(shè)備和拋光墊。分別使用拋光漿料1-5，在磁頭旋轉(zhuǎn)速度為70rpm，磁頭加載為250g/cm2，工作臺旋轉(zhuǎn)速度為70rpm，拋光漿料進(jìn)料速度為300ml/min，拋光時間為45或60秒的條件下進(jìn)行拋光處理。
結(jié)果列于表2。
采用本發(fā)明的用于化學(xué)機(jī)械拋光的水分散體，即使對由低機(jī)械強(qiáng)度和低介電常數(shù)絕緣體的半導(dǎo)體基片組成的待拋光器件進(jìn)行拋光，都可以大大防止拋光表面出現(xiàn)劃痕，可以在很大程度上容易的控制銅膜去除速率與阻擋金屬膜去除速率的比率，對銅膜和阻擋金屬膜都可進(jìn)行高效拋光，并在不過度拋光絕緣體的情況下，獲得具有高精確度且足夠平整的精加工表面。
根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體設(shè)備的生產(chǎn)方法，即使在由低機(jī)械強(qiáng)度和低介電常數(shù)絕緣體的半導(dǎo)體基片上，在拋光過程中都可以大大防止拋光表面出現(xiàn)劃痕，對銅膜和阻擋金屬膜都可進(jìn)行高效拋光，并在不過度拋光絕緣體的情況下，得到具有高精確度且足夠平整的精加工表面。
權(quán)利要求
1.包含磨料顆粒的用于化學(xué)機(jī)械拋光的水分散體，其中磨料顆粒包括(A)由選自于無機(jī)顆粒和有機(jī)顆粒中的至少一種組成的簡單顆粒，和(B)復(fù)合顆粒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的用于化學(xué)機(jī)械拋光的水分散體，其中組成磨料顆粒的簡單顆粒(A)由無機(jī)顆粒組成，復(fù)合顆粒(B)由通過有機(jī)顆粒與無機(jī)顆粒整體結(jié)合得到的無機(jī)有機(jī)復(fù)合顆粒組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的用于化學(xué)機(jī)械拋光的水分散體，其中全部磨料顆粒的總含量為0.11-20質(zhì)量％，簡單顆粒(A)的含量為0.1-19.99質(zhì)量％，復(fù)合顆粒(B)的含量為0.01-19.9質(zhì)量％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)的用于化學(xué)機(jī)械拋光的水分散體，其中在相同條件下對銅膜和阻擋金屬膜進(jìn)行拋光的情況下，由阻擋金屬膜去除速率(RBM)與銅膜去除速率(RCu)之比表示的特定去除速率比(RBM/RCu)為0.5-200。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)的用于化學(xué)機(jī)械拋光的水分散體，其中在相同條件下對銅膜和阻擋金屬膜進(jìn)行拋光的情況下，由阻擋金屬膜去除速率(RBM)與銅膜去除速率(RCu)之比表示的特定去除速率比(RBM/RCu)為10-200。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)的用于化學(xué)機(jī)械拋光的水分散體，其中在相同條件下對銅膜和阻擋金屬膜進(jìn)行拋光的情況下，由阻擋金屬膜去除速率(RBM)與銅膜去除速率(RCu)之比表示的特定去除速率比(RBM/RCu)為0.5-3。
7.生產(chǎn)半導(dǎo)體設(shè)備的方法，包括使用權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的用于化學(xué)機(jī)械拋光的水分散體對半導(dǎo)體材料待拋光表面進(jìn)行拋光的步驟。
8.生產(chǎn)半導(dǎo)體設(shè)備的方法，包括主要對半導(dǎo)體材料待拋光表面的銅膜進(jìn)行拋光的第一拋光處理步驟和第一拋光處理步驟之后進(jìn)行的使用權(quán)利要求5或6所述的用于化學(xué)機(jī)械拋光的水分散體主要對阻擋金屬膜進(jìn)行拋光的第二拋光處理步驟。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于化學(xué)機(jī)械拋光的水分散體。通過它，即使對具有低機(jī)械強(qiáng)度絕緣體的待拋光器件也能減少劃痕，銅膜和阻擋金屬膜都能得到高效拋光，并在不過度拋光絕緣體的情況下，得到具有高精確度且足夠平整的精加工表面，本發(fā)明還提供了半導(dǎo)體設(shè)備的生產(chǎn)方法。用于化學(xué)機(jī)械拋光的水分散體包括磨料顆粒，其中磨料顆粒包括(A)由選自于無機(jī)顆粒和有機(jī)顆粒中的至少一種組成的簡單顆粒和(B)復(fù)合顆粒。簡單顆粒(A)優(yōu)選由無機(jī)顆粒組成，復(fù)合顆粒(B)優(yōu)選由通過有機(jī)顆粒與無機(jī)顆粒整體結(jié)合而形成的無機(jī)有機(jī)復(fù)合顆粒組成。半導(dǎo)體設(shè)備的生產(chǎn)方法包括使用拋光用水分散體對半導(dǎo)體材料待拋光表面進(jìn)行拋光的步驟。
文檔編號C09G1/00GK1495244SQ03151489
公開日2004年5月12日 申請日期2003年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月2日
發(fā)明者金野智久, 元成正之, 服部雅幸, 川橋信夫, 之, 夫, 幸 申請人:Jsr株式會社